（电气工程专业论文）乐亭县农村电网可靠性评估与影响因素研究.pdf

声明尸明 i i i ii i ii iii iii tlli ii ii y 17 8 5 7 8 4 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文乐亭县农村电网可靠性评估与影响因 素研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 一 厂 l 华北电力大学工程硕十学位论文摘要 摘要 本文从提高配电网负荷点供电可靠性出发，对乐亭县电网的供电可靠性问题进 行了深入的研究。首先简要回顾了可靠性评估的发展概况，指出了现有分析方法的 优缺点，采用复杂网络分层等值简化法和最小路法分析评估了乐亭县电网供电可靠 性水平，然后结合电网实际提出了多套乐亭县电网供电可靠性改进方案。之后从经 济角度对这些方案进行了比较，给出了明确的评判指标，得出了评判结果，最后根 据比较的结果给出了提高乐亭县电网供电可靠性的建议。 通过数值仿真计算和乐亭县实际电网模型的算例分析，给出了可靠性评估的结 果，证明了所用方法的准确性和有效性。通过引入经济性指标给出了地区电网可靠 性提高的最优方案。 关键词：配电网，可靠性，评估，最小路方法，成本效益分析 a bs t r a c t c e n t r a l i z i n gt h ee n h a n c e m e n to fr e l i a b i l i t yo fl o a dp o i n ti nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ， t h i sp a p e rd i s c u s s e sa ts u b je c to fr e l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o ns y s t e ma tl a o t i n gc o u n t y f i r s t l y , t h ea r t i c l eb r i e f l yr e v i e w e dt h eh i s t o r yo ft h ea s s e s s m e n tt e c h n o l o g yo fp o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，a n dl a ys t r e s so nt h ed e f e c t so ft h er e c e n tm e t h o d s n e wm e t h o do f r e l i a b i l i t ya s s e s s m e n tb a s e do nt h em i n i m a lp a t hm e t h o da n de q u i v a l e n ta p p r o a c hi s p r o p o s e df o rc o m p l i c a t e dd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，a n di s u s e dt oe v a l u a t ep o w e rs u p p l y r e l i a b i l i t ya tl a o t i n gc o u n t y t h eo u t p u t so fa s s e s s m e n tw i t he x p e r i e n c eo fo p e r a t i o n a r eu s e dt od e v e l o ps o m ei m p r o v i n gp l a n sf o rd i s t r i b u t i o ns y s t e mr e l i a b i l i t ya tl a o t i n g c o u n t y a f t e rt h a t ，t h ei m p r o v i n gp l a n sa r ec h e c k e do nt h ee c o n o m i cv i e w e r , a n d d e f i n i t ec r i t e r i o n sa r eg i v e ni np a p e f ，b a s e do nw h i c ht h ec o m p a r i s o nr e s u l ti sg i v e n a t l a s t ，b a s e do nt h er e s u l to fc o m p a r i s o no fi m p r o v i n gp l a n s ，s o m ep r o p o s i t i o nf o r r e l i a b i l i t yi m p r o v e m e n t sa r ep u tf o r w a r d t h er e s u l to fd i g i t a ls i m u l a t i o na n de v a l u a t i o no fm o d e lb a s e do nr e a ln e t w o r ka t l a o t i n gc o u n t ya r eu s e dt oa s s e s st h er e l i a b i l i t y t h es a m p l et e s ts h o w st h a tn e wm e t h o d i se f f e c t i v ea n da c c u r a t e t h eo p t i m a lo n eo fi m p r o v i n g p l a n sf o rl o c a ln e t w o r ki ss h o w n a f t e rt h eu s eo fe c o n o m i c a lc r i t e r i o n s d uz h i j i e ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a os h u q i a n g k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r lr e l i a b i l i t y , a s s e s s m e n t ，m i n i m a lp a t hm e t h o d ， c o s t b e n e f i ta n a l y s i s -，1 fl j i 华北电力大学工程硕十学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论。1 1 1 背景和意义1 1 1 1 背景1 1 1 2 意义2 1 2 国外配电系统可靠性研究基本情况3 1 2 1 国外配电系统可靠性现状一3 1 2 2 国外配电系统典型可靠性指标体系5 1 2 3 国外配电系统可靠性评估方法6 1 3 国内配电系统可靠性研究基本情况6 1 3 1 国内配电系统可靠性发展历程及现状6 1 3 2 国内配电系统可靠性工作存在的主要问题9 1 3 3 国内配电系统可靠性评估方法1 0 1 4 配电网可靠性提高措施1 l 1 5 本文的工作1 2 第二章配电系统可靠性研究的理论基础1 3 2 1 配电网的特点及评估模型1 3 2 2配电网可靠性评估的指标1 5 2 2 1基本指标和计算公式1 5 2 2 2 专用指标及其计算公式1 6 2 3 配电网可靠性评估的方法1 6 2 3 1 复杂配电网的可靠性等值方法1 7 2 3 2 最小路法可靠性评估2 0 2 3 3 算例分析2 2 第三章乐亭县农村电网可靠性的分析评估2 4 3 1 乐亭县电网规模概况2 4 3 1 1 乐亭县社会经济发展及电力市场需求现状2 4 3 1 2 乐亭县电网现状及用电量、负荷情况2 7 3 1 3 乐亭县电网3 5 k v 变电站正常运行方式3 0 3 2 乐亭县电网可靠性现状及影响因素分析3 2 3 2 1 乐亭县电网供电可靠性现状分析3 3 华北电力大学工程硕十学位论文目录 3 2 2 影响乐亭县电网供电可靠性因素的分类方法4 0 3 2 3 影响乐亭县电网供电可靠性的因素分析4 1 3 2 4 影响因素分析小结4 4 3 3 乐亭县电网供电可靠性预测4 5 3 3 1 可靠性目标预测方法4 5 3 3 2 趋势外推法可靠性预测4 5 3 3 3 灰色预测法可靠性预测4 8 3 3 4 基于理论评估结果的可靠性预测5 0 3 3 5 基于设备统计数据的可靠性预测5 l 3 3 6 可靠性综合预测函数5 1 3 4 乐亭县电网可靠性预测值推荐方案5 2 第四章乐亭县电网可靠性的提高5 4 4 1 乐亭县电网供电可靠性存在提高5 4 4 2 提高乐亭县电网供电可靠性的措施5 6 4 2 1 提高乐亭县电网可靠性的技术措施5 6 4 2 2 提高乐亭县电网可靠性的管理措旌6 0 4 3 效益分析6 3 4 3 1 成本效益分析方法6 4 4 3 2 算例分析6 5 第五章结论及建议6 6 5 1 主要结论6 6 5 2 下一步工作建议6 7 参考文献6 9 致 谢一7 3 在学期间发表的学术论文和参加科研情况7 4 附录7 5 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 背景和意义 1 1 1 背景 第一章绪论 可靠性( r e l i a b i l i t y ) 是表示产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概 率，其实质是一个概率随机性问题。2 0 世纪3 0 年代以来，随着电力工业的发展， 可靠性工程理论应用于电力工业，配电系统可靠性也应运而生。配电系统可靠性的 研究始于本世纪六十年代，其起步晚于发电和输电系统的可靠性研究，这是由于发 输电系统与配电系统相比，设备比较集中，发电容量不足造成的停电给社会和环境 带来的后果的严重性和广泛性更容易引起人们的注意。 目前我国电力工业正在进行公司化改组，由原来的国家垄断经营向放宽管制、 自由竞争的电力市场机制转变，向商业化运营和法制化管理发展，即推行“两个根 本性转变 ，构筑与社会主义市场经济相适应的、以资本和电网调度为纽带的新的 管理体制。随着电力部门的体制改革和电力市场的开放，电力企业的经营和管理策 略也逐步从生产管理转移到面向用户、以用户为中心上来。面对国家宏观经济政策 的冲击和市场竞争的压力，电力企业必须重视配电网持续供电的能力，重视用户的 满意度，才能在优胜劣汰的市场竞争中求得生存与发展。另外随着信息化社会的到 来和数字化经济的出现，以及人民生活水平的日益提高，用户对供电可靠性的要求 也越来越高，配电系统的充裕性和为用户的重要设备提供高质量的电力的要求也受 到更高度的关注。因此供电可靠性，不仅与提高用户对企业的信任程度有关，而且 与电力企业自身发展的关系也密不可分。 ： 配电系统可靠性分析是供电可靠性技术中的重要组成部分，提高配电系统可靠 性水平是保证供电可靠性水平的重要手段之一。近年来国家电网公司已将供电可靠 率指标列入供电企业“双达标 、“创一流”的必备条件之一；在1 9 9 5 年版电业 生产事故调查规程中，1 0 k v 用户供电可靠率也被列入供电安全考核项目之中。随 着电力企业管理工作的不断发展和深化，配电可靠性管理在生产管理工作中所占的 位置也越来越重要。因此，进行配电系统可靠性研究已成为电力企业迫切需要解决 的问题。 乐亭县电力公司为国家电网唐山供电公司所属，为推动唐山市科学发展示范区 建设，市委八届四次全会提出全面实施“四点一带 沿海发展战略，乐亭新区作为 “四点一带”的东端点，面临着难得的发展机遇，蕴含着巨大的发展潜力。对接市 华北电力大学工程硕士学位论文 “四点一带”战略布局和乐亭新区总体规划，乐亭提出了“一带崛起、两线联动、 三区共进的经济社会发展新格局。以南部2 0 0 多平方公里的沿海区域为重点，发 展精品钢铁、装备制造、精细化工、临港物流和滨海生态旅游五大主导产业，打造 现代经济崛起带 1 。目前，首钢宝业、唐钢股份、旭阳化工、德龙现代等一批战 略投资项目相继落户我县，为乐亭新区发展和“四点一带 建设提供了强力支撑。 随着项目建设的快速推进，供电紧张问题日显突出，电力供应不能完全满足国民经 济的发展要求，出现了供小于求的被动局面，在盛夏季节出现的供电卡脖子现象尤 为突出。另外县城建设不断进行i e l 城改造和新区开发工作，电力企业需要与之配合 解决配电网线路老化、供电半径超标、电能质量差等问题。因此对乐亭县农村电网 可靠性评估以及如何提高供电可靠性，提高供电企业的经济效益，是摆在乐亭电力 公司面前的一个重要任务。 1 1 2 意义 配电系统处于电力系统的末端，是整个电力系统与用户联系，向用户供应电能 和分配电能的重要环节。配电网的根本任务是尽可能经济、可靠地将电力分配给各 用户。整个电力系统对用户的供电能力和质量都通过配电系统来体现，一旦配电系 统设备发生故障或进行检修、试验，就会造成系统对用户供电的中断。据不完全统 计，用户停电故障中8 0 以上是由电力系统中的配电环节的故障引起的。也就是说， 华北电力大学工程硕七学位论文 进行配电系统可靠性研究，具有如下意义： ( 1 ) 通过指标分析，能找出影响供电可靠率的主要因素，针对问题，从电网网架 结构、设备配置、设备及人员管理等方面提出相应的措施，使可靠性管理更科学、 合理。对供电半径、馈线的分段数、用户数的分配、变压器的容量配置等进行经济 性分析，使可靠性管理在经济的前提下取得更大的效益。还可以发现现状网的薄弱 环节，对停电事故进行全面重点分析，形成意见，反馈给相关部门；发现一般规律 性的问题，从而更好地指导生产实践问题；为网络优化及电网建设改造提供依据。 ( 2 ) 能调整传统的工作方法和方式，在管理内容、手段、措施等方面有进一步的 创新和发展；促进电力企业及相关行业的技术进步和科学管理水平的提高；是保证 供电质量、实现电力工业现代化的重要手段，可为电网规划、建设和改造提供决策 依据，具有巨大的社会效益和经济效益。 1 2 国外配电系统可靠性研究基本情况 1 2 1 国外配电系统可靠性现状 2 0 世纪3 0 年代以来，随着电力工业的发展，可靠性工程理论应用于电力工业， 配电系统可靠性也应运而生。第一批电力系统的可靠性研究的著作出现于1 9 4 7 年， 在这些著作中概率数学的应用还是比较简单的，而且只限于研究发电系统的可靠 性。进入上个世纪六十年代，电力系统可靠性的研究工作才扩展到了输电和配电网， 并逐渐使用了一些更为复杂的方法。1 9 6 5 年9 月，北美电力系统发生了世界电业史 上最严重的事故，从而导致了电力系统可靠性研究的飞速发展；1 9 7 0 年，比灵顿发 表了关于电力系统可靠性研究的第一本技术性专著一电力系统可靠性分析【5 】， 从此，电力系统可靠性的发展进入了一个新的时期。 配电网可靠性的研究起步晚于发电和输电系统的可靠性研究，这是由于发输电 系统与配电系统相比，设备比较集中，发电容量不足造成的停电给社会和环境带来 的后果的严重性和广泛性更容易引起人们的注意。而且人们当时还没有意识到配电 网由于直接与用户相连，对供电可靠性影响最大，同时，为数众多的配电网投资累 计起来也十分可观。六十年代初美国电气工程师协会( a i e e ) 组织了一个工业电气设 备可靠性调查小组对若干工业用户开展了电气设备事故的调查统计工作，开始了配 电系统可靠性概率性定量分析领域的研究。此后，四十年来世界各国普遍开展了配 电系统可靠性的理论和应用研究工作，注意和强调配电可靠性指标、评估方法、数 据收集与积累、可靠性管理以及经济性等多方面的协调，取得了大量成果，使配电 网结构同趋合理。目前，可靠性工作几乎已扩展到电力系统的各个方面。由于计算 机技术的飞速发展，现在电网己逐步采用计算机对系统进行研究和监控，这就使依 3 华北电力大学工程硕+ 学位论文 赖计算机对电力系统进行可靠性分析和研究已经成为必然的发展趋势。由于配电网 可靠性的工程应用将会产生巨大的经济效益，从而配电网的可靠性研究得到了迅速 的发展，配电系统可靠性的定量分析、评估，己在许多国家电力公司成为配电网规 划决策中的一项必须的常规性工作。 近二十多年来，世界各国，特别是欧、美及日本等经济技术比较发达的国家， 由于以电子技术为中心的技术高速发展，高度信息化设备的广泛应用及普及，社会 一 的现代化正导致配电系统不断向综合自动化的方向发展。目前，配电系统可靠性已 经达到了相当高的程度。 表1 - 1 是日本日本东京电力公司1 9 7 9 - 1 9 9 9 年的供电可靠性指标。表中统计数 字分别为故障次数和故障时间，通常其故障停电时间占总停电时间的7 0 以上，因 此我们可以推算出其用户年平均停电时间在八十年代初期约为3 0 分钟，相当于供 电可靠率为9 9 9 9 4 ；到九十年代后平均停电时间已经减少到1 0 分钟以内，相当于 供电可靠率为9 9 9 9 8 左右。 表1 - 1日本东京电力电力公司供电可靠性指标 年度每户故障平均停电次数( 次)每户故障平均停电时间( m i n ) 1 9 7 90 3 2 2 1 1 9 8 1o 2 81 9 1 1 9 8 3 0 2 72 5 1 9 8 50 2 51 6 1 9 8 70 3 9 1 8 1 9 8 90 2 17 1 9 9 10 2 9 1 2 1 9 9 3o 0 83 1 9 9 50 1 9 5 ， 1 9 9 7 0 1 34 1 9 9 9 0 1 84 法国巴黎1 9 9 3 年用户年平均停电时间为5 8 分钟，相当于供电可靠率约9 9 9 9 ， 到2 0 0 0 年用户年平均停电时间缩短为1 3 7 分钟相当于供电可靠率约为9 9 9 9 7 5 。 中国香港的港灯公司2 0 0 1 年优质服务标准规定为不低于9 9 9 9 8 。 从中我们可以清楚地看到国外和中国香港的配电系统可靠率均超过了“四个 4 华北电力大学工程硕士学位论文 九 ，已经达到了相当高的水平。 1 2 2 国外配电系统典型可靠性指标体系 配电系统可靠性指标是用来定量评估配电系统可靠性的尺度，定义配电系统可 靠性指标应考虑如下特点： ( 1 ) 可以根据配电系统运行设备状态的观察记录，经计算机统计评价获得各 类设备的可靠性指标来进行配电系统可靠性评估； ( 2 ) 可以应用电力系统可靠性理论模型进行评估。 目前世界上的许多国家都按各自的国情，定义了数目不同的可靠性指标，典型 的可靠性指标有： 用户平均停电频率指标( c a i f l ) ； 用户平均停电持续时间指标( c a i d i ) ； 系统平均停电频率指标( s a i f i ) ； 系统平均停电持续时间指标( s a i d i ) ； 平均供电可用率指标( a s a i ) ； 平均供电不可用率指标( a s u i ) ； 期望缺供电能量( e e n s ) 。 资料显示，虽然各国的配电系统可靠性主要指标大体是一致的，但是由于各国 在实际研究和应用中发展的不平衡性，各个国家和一个国家的不同地区配电系统及 其设备的结构、运行特性、管理方式、用户需要等各个方面存在着不同的特点和差 异，以及对可靠性评价的侧重点、作用、性质和量度方式不同，所建立的指标也不 尽相同。 目前世界各国，特别是一些发达国家，如英国、加拿大、日本和法国等的配电 系统可靠性主要指标，大都属于供电可靠性指标，如系统和用户的年平均停电频率、 系统合用户的年平均停电时间等，它们主要反映的是配电系统对用户的连续供电 能力。但是，英国的配电系统可靠性指标还包含了反映系统综合性能的指标( 如以 每1 0 0 k m 故障次数计算的系统可靠率、系统总故障率) 及反映系统设备性能的可靠 性指标( 如架空线路故障率、断路器故障率、变压器故障率、开关及熔断器故障率 等) 。此外，在加拿大的配电系统可靠性统计中，虽未明确地建立反映系统可靠性 的指标，但是在其基础数据的收集方面，却十分注意收集反映元件停运的数据作为 分析系统综合性能和设备性能的依据。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 由上述几种不同的指标类别可以看出，各种不同的类别表征了不同的特性，指 标越多，反映的特性也最全面。 需要说明的是：各国可靠性指标存在差异的情况，是由于在实际的研究和应用 中发展的不平衡，各国和各个不同地区的供电系统及其设备的结构、运行特性、管 理方式、用户需要等方面存在的特点和差异所造成的。在可靠性指标上并不存在指 标优劣的情况，也不存在向国际接轨的问题。 1 2 3 国外配电系统可靠性评估方法 国外工程上普遍应用的电网可靠性评估方法有蒙特卡罗( m o n t ec a r l o ) 模拟 法和解析法。 模拟法通过对元件的概率分布采样来进行状态的选择和估计，是利用统计学的 方法得到可靠性指标，它非常适合进行复杂电力系统可靠性计算。模拟法是用计算 机产生随机数对系统元件的失效事件集并通过概率统计方法建立可靠性指标计算 公式的一种电力系统可靠性评估模拟方法。通过模拟元件寿命的实际情况，根据元 件寿命的概率分布对系统状态进行若干时间抽样，并对每个抽样状态进行分析和计 算，最终得到可靠性指标。模拟法能够计及相关事件的影响，并且计算复杂性受系 统规模的影响很小，适合于求解比较复杂的系统，但其计算精度与计算时间紧密联 系，为了获得较高的计算精度必然需要消耗大量计算时间，另外模拟法不便于进行 有针对性的分析【6 】。模拟法在欧洲配电网可靠性评估中应用较多，但是计算误差与 试验次数的平方根成反比，为了取得合适的精度不得不花去大量的计算时间。 解析法采用故障枚举法进行状态选择，用解析法计算可靠性指标。解析法可 进一步分为状态空间法【7 】和网络法：以马尔可夫模型来描述的状态空间法【8 】北美应 用较多，准确度较高，但是计算量随元件数的增多呈指数增长，因此当系统规模大 到一定程度时，采用此方法有一定的困难【6 】。比较蒙特卡洛法和解析法的模型和计 算方法【9 ，1 0 】，发现当系统规模较小时采用蒙特卡洛法明显费时，但是两种方法的 结果却几乎一致。因此配电网的可靠性评估主要采用解析法。 目前北美地区主要采用解析法进行电力系统可靠性评估，而欧洲，特别是法国 和意大利，则主要采用蒙特卡罗模拟法。 1 3 国内配电系统可靠性研究基本情况 1 3 1 国内配电系统可靠性发展历程及现状 国内配电系统可靠性的研究工作始于上个世纪7 0 年代，由于缺乏必要的统计 数据和行之有效的分析方法，发展较为缓慢。当时水利电力部开始研究电力系统可 6 华北电力人学工程硕十学位论文 靠性及其管理和应用，不仅组织翻译日本、法国、英国等有关资料，而且在1 9 8 1 年组团到英国进行考察后，召开了有关电力企业可靠性工作会议，并且结合我国的 国情和实际生产管理的经验，开始在云南昆明等地区对配电系统可靠性的统计、评 估方法等进行试点。与此同时，在济南供电局、沈阳供电局、上海供电局、西安供 电局等处也先后开展了配电系统用户供电可靠性统计的试点工作。 1 9 8 5 年由原水利电力部制定了我国第一个有关配电系统可靠性标准：配电系 统供电可靠性统计方法( 试行) ( s d l 3 7 - 1 9 8 5 ) ，并在1 9 8 5 年4 月1 日起正式在全 国推广试行。 1 9 8 6 年水利电力部又编写了配电系统可靠性统计办法说明( s d l 3 7 ) ，并先 后开发了应用微处理机的全国统一的统计计算程序。 1 9 8 8 年水利电力部开始组织研究具有多级高压电压的输、配电系统供电可靠性 统计办法，把配电系统供电可靠性的统计分析工作全面推广到各级电压的输、配电 系统可靠性管理之中。 1 9 9 1 年能源部电力可靠性管理中心在原有配电系统供电可靠性统计管理方法 的基础上，进行修改，并以能源电 1 9 9 1 3 6 3 号正式更改名称为供电系统用户供 电可靠性统计办法( 试行) ，于1 9 9 1 年4 月颁发执行。 自1 9 9 4 年起，电力可靠性管理中心开始举办“电力可靠性指标 发布会，每 年一次。指标发布会的内容包括“年度全国城市用户供电可靠性指标 。 1 9 9 8 年，电力工业部以电可 1 9 9 8 0 2 号颁发了供电系统用户供电可靠性统 计办法试行( 能源电 1 9 9 1 3 6 3 号) 的基础上，随着用户供电可靠性管理工作的广 泛开展，各地在深化、细化管理方面提出了一些修改补充意见，然后修订为供电 系统用户供电可靠性评价规程( 暂行) ，该规程( 暂行) 自1 9 9 8 年1 月起执行。 这样就把用户供电可靠性的“统计方法上升为“评价规程 这一新的台阶。 2 0 0 0 年，国家经贸委在认真总结我国电力可靠性管理工作的基础上，适应形势 的要求，广泛征求有关各方面的意见，以国经贸电力 2 0 0 0 9 7 0 号颁布了电力可 靠性管理暂行办法，这一办法的颁布施行，为我国电力可靠性管理工作的正常化、 法制化和规范化管理奠定了基础，有了地促进了我国电力可靠性管理工作进一步深 化和发展。 近十几年来，我国l o k v 用户供电可靠性基本数据如表i - 2 所示。从表i - 2 中 可以看出，r s l 从1 9 9 2 年至2 0 0 2 年持续大幅度提高，到2 0 0 2 年第一次超过“三个 九”，达到历史最高水平9 9 9 0 7 ，这与电力紧张的缓解有很大关系。而2 0 0 3 年则 出现了1 0 年来的首次下降，为9 9 8 6 6 ，2 0 0 4 年继续下降为9 9 8 2 0 ，这一水平相 7 华北电力大学工程硕士学位论文 当于我国城镇地区l o k v 用户的年平均停电时间为1 5 小时3 分钟左右，而历史上供 电可靠率最高的2 0 0 2 年这一数字仅为8 小时1 0 分钟左右。 表卜21 0 千伏用户供电可靠性统计基本数据 统计单位 r s - 1a i h c - 1 r s - 3 a i h c - 3 年份 个数 ( ) ( 小时户) ( ) ( 小时户) 1 9 9 2 5 79 9 1 7 77 2 2 9 9 9 6 4 63 1 1 0 1 9 9 31 0 59 9 0 0 68 7 0 7 9 9 6 3 83 1 7 1 1 9 9 41 6 19 9 2 9 96 1 4 19 9 6 4 23 1 3 6 1 9 9 52 0 39 9 0 7 58 1 0 39 9 7 2 42 4 1 8 1 9 9 62 3 89 9 2 6 46 4 6 59 9 7 4 72 2 2 2 1 9 9 7 2 5 59 9 7 1 72 4 7 99 9 8 0 21 7 3 9 1 9 9 82 7 59 9 8 1 01 6 6 29 9 8 2 41 5 4 0 1 9 9 92 7 79 9 8 6 31 2 o l9 9 8 6 81 1 5 4 2 0 0 02 8 69 9 8 8 99 7 6 79 9 8 9 39 4 1 7 2 0 0 l3 1 09 9 8 9 78 9 9 99 9 8 9 88 9 4 4 2 0 0 2 3 1 29 9 9 0 78 1 7 19 9 9 1 67 3 7 5 2 0 0 3 3 1 29 9 8 6 61 1 7 2 49 9 9 2 96 2 4 1 2 0 0 4 3 1 69 9 8 2 01 5 8 0 69 9 9 2 76 3 8 8 2 0 0 5 3 4 5 9 9 7 6 6 2 0 4 9 l9 9 8 4 51 3 5 3 9 2 0 0 63 4 79 9 8 4 91 3 1 9 19 9 8 5 31 2 8 7 7 2 0 0 73 6 49 9 8 8 21 0 3 6 09 9 8 8 31 0 2 0 2 2 0 0 83 6 89 9 8 8 68 2 6 59 9 8 8 98 2 5 9 2 0 0 5 年r s l 指标又有所下降，主要原因有两点：( 1 ) 用户供电可靠性软件在全 国全面升级，计算更加准确，指标更加贴近实际；( 2 ) 全国范围内开展的数据核查 近几年装机容量的大幅增加，2 0 0 6 年全国用电紧张情况得到基本缓 因造成的用户平均停电时间占用户平均停电时间的2 2 6 。2 0 0 6 年 中国南方电网公司均将供电系统用户供电可靠性作为反映供电服务 会公布。由于电网企业的高度重视，企业内部对供电系统用户供电 作为一项常态化工作不断深入，通过对电网投资不断的增加，完善 使用比较先进的技术手段和管理手段，最大限度的降低用户停电时 户供电可靠性水平稳步提高。2 0 0 7 年以后继续稳步提高。 除限电因素后的供电可靠率，直接反映了目前我国城市电网的现状 8 华北电力大学工程硕十学位论文 和供电部门的综合管理水平。从上表中可以看出，r s 3 自1 9 9 8 2 0 0 4 年保持了持续 上升的势头，这与广大供电企业近年来狠抓可靠性管理是分不开的，特别是加强了 对停电的管理，有效地减少了盲目的、低效率的停电。 表中r s l 与r s 3 的差距就是系统电源不足限电的影响。1 9 9 8 年以来，由于电 力需求增长缓慢，电力紧张得到缓解，限电时间占总停电时间的比重逐年下降，到 2 0 0 1 年，限电对供电可靠率的影响已下降到不足1 。但2 0 0 2 年，电力供应又出 现了紧张的趋势，2 0 0 3 年缺电更加严重，限电对供电可靠率的影响达到4 6 7 7 ， 2 0 0 4 年更是达到了5 7 ，也就是说近6 0 的停电是因为发电能力不足造成的限电。 2 0 0 5 年用电紧张情况得到缓解，系统电源不足限电对供电可靠率的影响下降为 3 3 9 3 ，2 0 0 6 年限电对用户的影响降至2 2 6 ，仅比2 0 0 1 年高，与2 0 0 5 年度比较 大幅降低。2 0 0 7 年到2 0 0 8 年限电影响又呈下降趋势。 表1 3 列出了近几年3 5 6 6 k v 用户供电可靠性基本数据，其变化趋势与1 0 k v 基本相同。 表1 - 33 5 6 6 千伏用户供电可靠性统计基本数据近几年的变化情况 。 统计单位 r s - 1a i h c - 1r s - 3a i h c - 3 年份 个数 ( ) ( 小时户) ( ) ( 小时户) 2 0 0 11 7 99 9 8 9 8 8 9 3 59 9 9 0 08 7 6 0 2 0 0 21 8 09 9 8 5 61 2 6 1 49 9 8 7 3 1 1 1 2 5 2 0 0 31 8 09 9 7 7 51 9 7 1 09 9 8 7 31 1 1 2 5 2 0 0 4 1 8 09 9 7 0 12 6 1 9 2 9 9 8 9 88 9 3 5 2 0 0 51 9 l9 9 6 8 12 7 9 4 49 9 。8 8 89 8 l l 2 0 0 62 2 19 9 8 6 41 1 9 1 49 9 8 8 31 0 2 4 9 2 0 0 72 2 49 9 8 8 81 0 2 6 89 9 9 0 11 0 1 0 5 2 0 0 82 2 69 9 8 8 91 0 2 5 69 9 9 0 21 0 0 0 8 由以上可知，随着经济的迅速发展和改造的开展，迫切需要对配电网进行科学， 合理的评估规划。而且各种统计资料也显示，配电系统引起的约占用户停电事故的 8 0 。同时随着电力企业管理工作的不断发展和深化，供电可靠性在生产管理工作 中所占的位置也越来越重要。 1 3 2 国内配电系统可靠性工作存在的主要问题 我国电力系统可靠性工程的建立始于上个世纪7 0 年代，而对配电系统可靠性 研究的重视更是近几年的事，在农村电网的可靠性工作中，还存在着如下问题： 9 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 1 ) 我国整个配电系统覆盖面大，结构复杂，设备繁多，事故频发。对于这 样一个配电系统，技术及安全等管理的难度非常大。加上前些年建设改造资金短缺， 一些地区网架结构极其薄弱，陈旧的设备得不到更换，出现了一些线路变压器设备 超负荷运行，供电的电压、频率不合格等现象，严重影响了配电系统的供电可靠性。 ( 2 ) 配电系统的可靠性指标是概率性的，建立在可靠性统计数据的基础上。 由于配电系统可靠性的原始参数( 包括对每年故障发生的原因、次数、持续时间、 影响地区等的详细统计，设备的可靠性参数等等) 是进行可靠性研究的前提和基础， 而且是一个十几年甚至几十年的长期的积累过程。所以，在系统运行期间原始数据 的统计和整理是至关重要的。在很大程度上，原始数据的缺乏和可信度不高阻碍了 我国配电系统可靠性研究成果的普及和应用。 ( 3 ) 配电系统自动化程度和设备水平不高。配电网可靠性水平的提高有两方 面因素构成：一是时间上，故障隔离的速度也就是配电系统自动化水平的高低；二 是空间上，设备质量性能高低也就是设备的可靠性水平。而另一方面，我国配电自 动化的发展刚刚兴起，应用还不广泛；另一方面，国内生产的一些设备的性能比国 外同类产品要低。 综上所述，我国的配电系统可靠性水平较发达国家还有很大差距，为了提高整 个配电系统的可靠性水平，迫切需要建立一整套完整的适用于我国配网现状的配电 系统可靠性评估方案。 1 3 3 国内配电系统可靠性评估方法 因为配电网是典型的辐射形网络，所以常采用串联元件的可靠性分析方法，但 配电系统的可靠性评估在实际建模时要考虑许多实际因素。低压配电系统中负荷点 和系统的可靠性除了与线路的故障有关，还与系统中各种开关、母线等各种元件有 关，因此提出了一种计及开关和母线故障的配电系统可靠性评估方法 1 1 1 ；有些元 件的故障并不必然导致负荷点与电源点之间失去联系，但是这类故障会使线路和部 分元件过负荷或者过压，因此要求负荷点必须减低负荷量才能保证持续供f g 1 2 1 ； 扩展原有的线路和节点元件模型，重新基于分层结构描述节点与线路之间的拓扑关 系 1 3 1 ，新方法得出的关系清晰明了，该模型适用于带有复杂分支子馈线的配电系 统。 研究人员在解析法和蒙特卡洛法 1 4 】【1 5 1 两种主要方法的基础上，提出了许多 新的评估方法 1 6 1 。为了解决考虑多重故障时运算量过大的问题，提出了一种基于 同心松弛概念的启发性思想用于可靠性估计1 1 7 ，当系统规模较大的时候该算法的 优势明显；另一种基于最小路思想的快速评估方法 1 8 1 ，该方法认为系统非最小路 1 0 华北电力大学j ：程硕士学位论文 上的元件故障对负荷点的可靠性影响可以折算到最小路节点上加以考虑，所以可以 仅考虑折算后的最小路上的元件对负荷点供电可靠性的影响，提高计算速度；还有 一种方法采用最d , 害- s l 集理论，提出一种通用性的适于计算机实现的配电系统可靠性 评估算法 1 9 1 ，该算法考虑了影响系统可靠性的诸多因素，其计算结果能为配电系 统规划和运行提供大量有效信息，有利于工程技术人员发现配电系统的薄弱环节。 为了在可靠性评估过程中考虑原始参数的不确定性问题近年来学术界也提出 了一些方法。用随机变量表示原始参数和可靠性指标【2 0 】【2 1 】【2 2 1 ，这种方法比较有 效，但是计算公式的推导十分复杂；另外有模糊可靠性评估方法 2 3 1 和区间分析方 法1 2 4 1 【2 5 。前者用模糊集表示原始参数和可靠性指标，但是存在选择何种模糊集以 及如何给出其隶属函数的问题 2 6 】【2 7 ，后者用区间数表示原始参数和可靠性指标， 但是只能给出可靠性指标的一个区间范围，不能反映其分布情况；还有一种新方法 是基于未确知有理数方法提出的【2 8 ，新方法可以更详细描述参数不确定性，但是 为了得到合适的精度所需的计算量太大。 基于人工神经网络的电力系统可靠性分析方法 2 9 1 ，解决以往未能解决盼一些 问题。如：低准确度、大计算量和复杂的模型。它通过对一个可靠性测试系统进行 可靠性分析说明该方法的有效性，但人工神经网络需要一段训练时间；利用遗传算 法提出了一种多目标优化方法【3 0 ，使得在配电系统扩建时能够获得最优的可靠性 和最低的扩建费用。 针对我国配电网的特点，目前配电系统可靠性分析评估方法常用的有最小路 法、故障模式后果分析法、贝叶斯网络法1 3 1 】【3 2 等。最小路法的基本思想是对每 一负荷点，求其最小路，将非最小路上的元件故障对负荷点可靠性的影响，折算到 相应的最小路节点上，从而得到负荷点相应的可靠性指标。故障模式后果分析法的 基本思想是利用元件可靠性数据，在计算系统故障之前，先选定某些合适的故障判 据，然后根据判据将系统状态分为完好和故障两大类的一种检验方法。贝叶斯网络 法是近几年发展起来的一种分析可靠性的新方法，贝叶斯网络法由于能够双向推 理，能够有效地求解系统中各部件对系统整体可靠性的影响大小，分析系统的薄弱 环节，并可以简化计算，故越来越受到人们的重视。 彳4 配电网可靠性提高措施 配电网可靠性水平不仅与配电网的结构有关，而且与气候条件【3 3 】、后勤保障 以及人员的整体素质有关。造成供电可靠性下降的原因很多，从电网的管理者和维 护者的角度出发，不外乎软硬两个层面的不足。各个企业因存在着不同的问题，因 此解决问题的思路和采取的措施也不尽相同。在分析可靠性指标背后的原因以后针 华北电力大学工程硕士学位论文 对造成停电的各项因素采取改进措施。按照原因来划分提高的措施有减少外部人员 导致停电事故、减少过电压导致停电事故、减少因熄弧不当导致停电事故、减少计 划停电持续时间、加强城网管理和改造。 概括性地说，改善电网结构、建设坚强的电网是提高可靠性的一个重要前提条 件，在这个前提条件下加强管理观念工作，做到各项工作有计划、有组织、协调统 一才能达成提高可靠性的目标。另外在规划和制订可靠性改进方案的时候必须还要 考虑到经济性指标，不能忽略经济效益一味强调提高可靠性。只有考虑到各项改进 方案的效益和成本以后，才能制定真正符合地区电网要求的可靠性改进方案。因此 要认真研究分析电网结构、进行管理变革，不断壮大电力企业的发展以适应电力企 业对人民群众全面实现小康社会，构筑和谐社会对电力的需求。 1 5 本文的工作 近年来乐亭县经济发展突飞猛进，电力作为国民经济的基础产业，优质、高效、 可靠的电能是保证国民经济发展的必要条件。特别是近年来乐亭电力供应不能满足 国民经济的发展要求，出现了供小于求的被动局面。因此电力企业如何提高供电可 靠性，以尽可能长的时间向电力用户供电，提高供电企业的经济效益，是摆在乐亭 县电力公司面前的一个重要任务。 本研究的目的和意义就在于利用可靠性理论去分析乐亭电网的可靠性，并借助 计算机仿真手段计算乐亭电网各种可靠性指标，为电网的网络方案比较和寻优提供 理论依据；寻找适合乐亭电网实际情况的电网可靠性计算的实用方法。另外对已投 入运行的电网进行可靠性检测，寻找薄弱环节，提供加强电力网络可靠性措旋的理 论依据；然后通过研究和探索，得到几种可行的乐亭电网可靠性提高方案。最后在 得到的几种方案中运用成本效益比的经济性评价方法挑选出最适合乐亭电网的电 网供电可靠性水平提高方案。 本文的主要研究内容是： ( 1 _ ) 研究配电网可靠性指标体系及其评估方法； ( 2 ) 针对乐亭电网进行可靠性的评估； ( 3 ) 分析乐亭电网可靠性存在的问题，提出改进措施。 1 2 华北电力大学工程硕：t 学位论文 第二章配电系统可靠性研究的理论基础 配电系统( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ) 是处于电